CN114837992A - 一种抗空蚀离心泵叶片 - Google Patents

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宋鹏飞
杨利然
王占顶
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Engineering Group Co Ltd
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp
Sinopec Engineering Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种抗空蚀离心泵叶片，包括叶片，所述叶片压力面曲线为圆弧，叶片吸力面一侧为过叶片进口边的切线与圆弧组合型线。使用本发明可减小叶轮进口处的冲击损失和吸力面摩擦损失，延缓吸力面出现空化点进而提高离心泵的有效空蚀余量，延长叶片使用寿命。

Description

一种抗空蚀离心泵叶片
技术领域
本发明涉及节能减排领域的叶片结构造型技术领域，尤其涉及一种抗空蚀离心泵叶片。
背景技术
离心泵作为一种通用流体机械，因其结构简单紧凑、流量连续均匀和管理维修方便等特点，在国民经济各个领域得到了广泛的应用，如农田灌溉、石油化工、航空航天和城市给排水等行业等，在所有泵类产品应用中约占70%左右。离心泵水力效率关系到能量利用率，泵内发生的空化会导致其性能快速下降、诱发空蚀、压力波动和不稳定，尤其是在偏离工况下。叶片作为离心泵做功的核心部件，对离心泵做功过程中起到至关重要的作用，因为流体进入叶轮后发生的做功大小、冲击损失、摩擦损失、空化区域都与叶片息息相关，所以叶片设计的结构形式直接影响离心泵的水力效率和抗空蚀性能。
传统离心泵叶片设计多是圆柱形，叶片吸力面线型是按照叶片加厚原理得到，吸力面线型是一条与压力面相近的光滑弧线。但是这种设计方法得到的叶片结构在实际工作中叶片进口处冲击损失偏大，且叶片吸力面易发生明显空化，进而影响泵的水力效率和正常工作。例如专利CN 205744585，公开了一种工作效率高的离心泵叶轮，其离心泵叶轮在叶片背面设置有整流凸部，整流凸部设置在叶片背面的中部或者叶片背面中部的靠近叶片进口一侧。该项技术的叶片结构吸力面和压力面都是圆弧形，在吸力面中部有凸起为了削弱脱流或回流现象，为考虑空蚀性能因素，但该技术离心泵水力效率低。专利CN 109209987提出一种抗空化离心泵叶轮结构，其在原有圆弧形叶片基础上增设小叶片结构，使叶轮内低压区获得改善进而提高离心泵抗空化性能，但增加小叶片结构会增加叶轮内部阻力损失，会降低其效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗空蚀离心泵叶片，以提高离心泵水力效率和改善其抗空蚀性能。
本发明提供一种抗空蚀离心泵叶片，包括叶片，其特性在于：所述叶片的压力面曲线为圆弧，叶片吸力面一侧为直线与圆弧组合型线。
优选地，所述叶片吸力面组合型线中直线为过叶片进口边的一条切线。
优选地，所述叶片吸力面组合型线中直线与圆弧之间有平滑过渡区，优选吸力面组合型线中直线与圆弧之间有平滑过渡曲线，以对直线与圆弧进行平滑过渡，优选平滑过渡曲线为圆弧线。
优选地，所述叶片吸力面组合型线中直线与圆弧的比值为0.1-10，优选0.1～5。
本发明与现有技术相比的优点是：本发明提供的一种抗空蚀离心泵叶片，充分利用了流体流动理论和空化理论，通过叶片吸力面采用直线（优选过进口边的切线）与圆弧组合型线方式，在流体经过叶片进口边时可以避免发生脱流，进而降低叶片处的冲击损失。因组合型线相比原有叶片加厚设计得到的型线长度缩短，可以减少流体的摩擦损失。冲击损失和摩擦损失减小意味着离心泵水力效率提高。另一方面，吸力面组合型线改善了流体在吸力面的流动状态，可以延缓叶片空化的出现，更能很大程度削减流体在叶片吸力面的空化区域，进而提高离心泵的抗空蚀性能。吸力面组合型线使叶片前段厚度增大，这样可以提高叶片空化腐蚀能力，进而延长其使用寿命。
下面用附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，但附图和具体实施方式并不限制本发明的范围。
附图说明
图1是本发明一种抗空蚀离心泵叶片的结构示意图。
图2是本发明一种抗空蚀离心泵叶的叶片结构与传统叶片结构的对比图。
图3是本发明一种抗空蚀离心泵叶片在离心泵叶轮的安装示意图。
图中所示附图标记为：
1-叶片进口边，2-叶片压力面，3-叶片吸力面直线，4-叶片吸力面过渡区，5-叶片吸力面圆弧，6-传统结构叶片，7-本发明抗空蚀叶片，8-叶片弦（构造线）。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种抗空蚀离心泵叶片的结构示意图，其包括叶片，所述叶片压力面2曲线为圆弧，叶片吸力面一侧为叶片吸力面直线3与叶片吸力面圆弧5组合型线。
优选地，所述吸力面组合型线中叶片吸力面直线3为过叶片进口边1的一条切线。
优选地，所述吸力面组合型线中叶片吸力面直线3与叶片吸力面圆弧5之间有叶片吸力面过渡区4，优选叶片吸力面过渡区4为平滑过渡曲线，以对叶片吸力面直线3与叶片吸力面圆弧5进行平滑过渡，优选平滑过渡曲线为大半径圆弧。
优选地，所述吸力面组合型线中叶片吸力面直线3与叶片吸力面圆弧5的比值（即叶片吸力面直线3和圆弧线5在整个叶片弦8上的投影长度比）为0.1～10，优选0.1～5，图2中所示该比值为1，该比值为叶片吸力面直线3与叶片吸力面圆弧5在整个叶片弦上的投影长度比。
图2所示为传统结构叶片6与本发明抗空蚀叶片7的对比图，传统设计叶片采用等厚度设计方法得到叶片吸力面型线，本发明抗空蚀叶片是在传统设计的基础上，将吸力面型线改为过叶片进口边的一条直线与圆弧的组合。
图3所示为加装抗汽蚀叶片的叶轮安装示意图，图3中叶轮共有六个叶片。
为验证本发明实施例的效果，采用CFD方法对传统叶片结构离心泵和抗空蚀叶片离心泵分别进行了水力性能和空化性能数值模拟。计算结果表明，相比传统叶片结构的离心泵，采用本发明所述的抗空蚀叶片离心泵水力效率提高2.3%，汽蚀余量提高28.2%。相同条件下采用抗空蚀叶片的叶轮内部空化区域平均体积为传统设计的53%，由此说明，本发明涉及的抗空蚀叶片结构可以有效减小叶片吸力面附近空化区域，降低气相含量，从而削弱空化对叶片的侵蚀程度。
以上描述为本发明的实施例，故均为示例性，并非穷尽性的。不能因此而理解为对本发明的专利范围的限制。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗空蚀离心泵叶片，包括叶片，其特征在于：所述叶片压力面曲线为圆弧，叶片吸力面一侧为直线与圆弧组合型线。
2.根据权利要求1所述的抗空蚀离心泵叶片，其特征在于：所述叶片吸力面组合型线中直线为过叶片进口边的一条切线。
3.根据权利要求1或2所述的抗空蚀离心泵叶片，其特征在于：所述叶片吸力面组合型线中直线与圆弧之间还有平滑过渡区。
4.根据权利要求1所述的抗空蚀离心泵叶片，其特征在于：所述叶片吸力面组合型线中直线与圆弧的比值为0.1～10。
5.根据权利要求1或4所述的抗空蚀离心泵叶片，其特征在于：所述叶片吸力面组合型线中直线与圆弧的比值为0.1～5。
6.根据权利要求3所述的抗空蚀离心泵叶片，其特征在于：所述平滑过渡区为曲线。
7.根据权利要求6所述的抗空蚀离心泵叶片，其特征在于：所述平滑过渡区为圆弧线。
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